- Tài nguyên đất: Tổng diện tích đất tự nhiên toàn huyện là 57.790 ha, trong đó đất nông nghiệp chiếm 26,87%, đất lâm nghiệp chiếm 45,13%, còn lại là đất phi nông nghiệp chiếm 28%. Trong tổng diện tích hiện có thì diện tích đất chưa sử dụng chiếm 17,35%, chủ yếu là đất đồi núi và sông suối. Có 8 loại đất trong đó có 3 loại thuộc đất lâm nghiệp gồm:
+ Đất mầu đỏ trên Mácma bazơ trung tính chiếm 1,02% độ dốc bình quân >25o, độ dầy bình quân >1m, cấu trúc tơi xốp, thành phần cơ giới từ thịt nặng đến sét.
+ Đất đỏ trên phiến thạch sét chiếm tỷ lệ 74,64% độ dốc bình quân >15o, độ dầy bình quân>0,7m,thành phần cơ giới từ trung bình đến thịt nặng, có lượng mùn khá ở lớp mặt.
+ Đất vàng nhạt trên đá, cát chiếm tỷ lệ 10,47%, độ dốc >25o
, thành phần cơ giới từ cát pha đến thịt nhẹ, kết cấu cứng chặt, giữ ẩm kém, nghèo dinh dưỡng.
- Tài nguyên khoáng sản: Trên địa bàn huyện có nhiều loại khoáng sản sau: Nhóm nguyên liệu cháy, chủ yếu là than nằm ở 8 xã của huyện là: Yên Lãng, Hà Thượng, Phục Linh, Minh Tiến, An Khánh, Cát Nê, trữ lượng lớn tập trung ở mỏ Làng Cẩm và mỏ Núi Hồng: 17 triệu tấn. Nhóm khoáng sản: bao gồm nhiều loại khoáng sản quý như thiếc, vonfram, vàng, chì, kẽm, barit, pyrit, granit phân bố ở nhiều xã trong huyện, trong đó tập trung nhiều nhất tại mỏ đa kim Núi Pháo, trữ lượng khoảng 100 triệu tấn.Vật liệu xây dựng: gồm các mỏ đất sét, đá, cát, sỏi...
- Tài nguyên rừng: Diện tích rừng toàn huyện là 24.468 ha. Trong đó rừng trồng trên 9.000 ha, rừng tự nhiên 15.000 ha. Hiện nay nhiều diện tích rừng trồng đã đến tuổi khai thác, mặt khác diện tích đất có khả năng lâm nghiệp còn khá lớn, cần phủ xanh để nâng cao độ che phủ và cũng là tiềm năng để phát triển cây lâm nghiệp có giá trị cao.
- Tài nguyên du lịch: Điểm du lịch quan trọng nhất của Đại Từ là khu du lịch Hồ Núi Cốc với diện tích 25 km², dung tích 175 triệu m³. Đây là khu du lịch thu hút nhiều khách trong và ngoài tỉnh đến nghỉ và tham quan, đồng thời cũng là nơi cung cấp nước phục vụ sản xuất và nước sinh hoạt cho các huyện phía nam của tỉnh Thái Nguyên. Trong nhiều năm nay hồ Núi Cốc đã trở thành một địa chỉ thăm quan hấp dẫn cho du khách gần xa trong và ngoài nước.
Ngoài ra còn có một số điểm di tích lịch sử khác như: Núi Văn - Núi Võ ở Văn Yên và Ký Phú; Di tích 27/7 (xã Hùng Sơn), Khu đài tưởng niệm Thanh niên xung phong (xã Yên Lãng); Khu di tích chiến khu Nguyễn Huệ (xã Yên Lãng); Nơi thành lập chi bộ Đảng đầu tiên (xã La Bằng) và các khu du lịch sinh thái Vườn Quốc gia Tam Đảo trải dài trên 11 xã. Đại Từ còn là nơi nối liền khu di tích lịch sử ATK (huyệnĐịnh Hóa) với Tân Tràn (tỉnh Tuyên Quang).